总干4#洞衬砌混凝土裂缝产生的原因及处理方法

摘要：地下输水隧洞分有压隧洞和无压隧洞，当隧洞衬砌混凝土产生裂缝后，常拌有渗水现象，会严重破坏混凝土结构的安全，裂缝产生的原因、防治及处理的方法直接关系到隧洞的使用寿命。

关键词：隧洞 衬砌混凝土 裂缝 原因 处理方法

     地下输水隧洞特别是有压隧洞是我国水利水电工程建设中常有的施工项目，但隧洞衬砌混凝土产生的裂缝不仅会破坏混凝土结构，影响隧洞的使用寿命，处理时费工费时增加成本增加工期，所以如何判断裂缝产生的原因并采取适当的处理方法对于此类项目有重要意义。

一、概述

总干4#隧洞位于引黄总干一，二级泵站之间，前连1#出水调压井，后接2#进水调压井，总长1698.92m，为有压输水遂洞，设计开挖断面为圆形，直径d=6.45m，砼衬砌厚度40cm，衬砌后洞径5.60m，由于施工需要，隧洞开挖时断面形成马蹄形，并设置了间距为100m的倒车洞。

    隧洞地质条件良好：多为白云岩白云质灰岩属于ii、iii类围岩，无重大地质构造，地下水不发育（∈₃f⁵.寒武系风山组五段）（chg₂+138~148  f_2-1和 chg₃+9~ g₃+16 f_3-1处各有一小断层断层）。

    砼浇筑前清基发现，隧洞底部两侧和顶拱局部超挖严重，平均为25 cm最大处为80 cm。

设计砼浇筑段为12m，施工时采用液压式针梁模板全断面一次衬砌，设计环向钢筋为φ22，纵向分布钢筋φ12，砼设计标号为c20w6f50 ，采用二级配泵送砼，骨料为人工碎石，天然河沙，掺高效减水剂mf-2掺量为5%，砼配比见附表一。

    二、裂缝的调查及分布状况

4#洞开挖结束后，于九九年七月二十四日浇筑第一段砼，以后平均3天完成一段砼浇筑，工期经历春、夏、秋、冬四季，后发现砼产生裂缝，表现为：有很强规律性，一般在浇筑段中部，春秋季浇筑的砼多为一侧呈环向（或两侧腰线以下），夏季裂缝多为一环（横向一周），且多为砼浇筑后5-7天左右产生,裂缝分渗水和干缝(不渗水)两种。裂缝调查及分布情况见附表二。

    三、裂缝产生的原因分析

    3.1砼的配合比的选择

    施工所用的配合比是经过室内试验后取得的，水泥掺量为280-330 kg/m3之间，符合泵送砼要求，施工中使用的大同普硅525#水泥从多年的使用和检测结果看，该厂家水泥的强度、安定性等方面是稳定和良好的。已浇完砼共取样312组，检测结果为全部合格，平均强度为 31mpa，在现场及有关单位进行的回弹仪无损检测结果也是理想的，强度为32~33mpa。另外，分析砼裂缝形状、规律和水泥掺量大的所产生的裂缝形状、尺寸、规律也不相符，可以判断：裂缝的产生与配合比无直接关系。

3.2砼的浇筑方式

在施工中，4#洞的全断面砼衬砌是由2#拌合站供料的，砼搅拌车运料，运距0.5km，到现场后，由砼泵输送进仓号，（每块间隔3天左右），施工中每个浇筑段施工缝均设橡胶止水和铺设复合型泡沬板，从浇筑方式和间隔时间对照裂缝进行分析认为：砼的浇筑方式于裂缝没有直接影响的关系。

    3.3地下洞室的基本恒温对施工有利

    洞内温度除受季节产生的缓慢变化影响外，一定时段内基本处于恒温状态，从浇筑时温测结果看，5~9月份洞内温度基本在12~18℃之间，到了10月份也多稳定在8~10℃之间，洞内温度无骤降变化， 8月份洞内日温温差也较小，洞内基本稳定的温度对砼的施工是有利的。温度统计见附表三。

    3.4砼养生的条件良好

    每一浇筑段的砼浇筑完后，均采取在已浇块下游部位用渣袋拦小坝截水，利用水泵抽水直接喷撒在砼表面上养护，水流循环利用。养护水为洞内水，温度经测定与气温相近，每班均设专人养护，所有这些有利条件构成了对砼的良好养护。

    3.5良好的地质条件不会导致裂缝产生

    所有浇筑段围岩坚硬完整，岩型均一，构造简单，除两处有小断层外，并无大的特殊地质构造，洞内地质变形也趋稳定，且岩质层湿度与洞内湿度趋向一致，分析判断，上述良好的地质条件不会导致砼产生裂缝。

    3.6骨料成分不会导致裂缝产生

    人工骨料是采用二级站开挖岩石经破碎生产的，因二级站岩石基本上为      岩，含有的能与水泥活性物质引起碱性反应的成分较少，砂采用天然河砂，内含少量石英、长石等也不会与水泥发生较严重的碱反应以致形成裂缝。

    3.7浇筑温度、超挖、分段长及配筋相对较少的综合作用是导致砼裂缝产生的主要原因

    3.7.1从表二中可见，出现裂缝多的季节是在夏季6-7月份。骨料经过水喷淋降温，温度一般在17℃-22℃之间，最高温度 24℃，水泥储存在库内，温度一般18℃-35℃之间，砼出机温度在21℃-29℃之间，仓面砼温度一般为21℃-29℃，根据当时的施工情况和有关规范，对浇筑块温度应力进行过计算，计算结果表明砼块体所受的温度应力处于临界状态，应是导致砼裂缝产生的主要原因之一。

    3.7.2从开挖断面图看，设计砼衬砌厚度40cm，但实际挖深尺寸在底拱两侧角最深达1.2m，顶拱最深达85cm左右，均远远超出设计45cm，对照超挖数据看，超挖多的部位，产生的裂缝机率比较高。

    3.7.3因为实际超挖后，原设计的双层筋是针对40cm后砼的，但实际情况是，双层筋后有约40cm后的砼内无筋，当内部产生应力时，无钢筋受力，对裂缝产生有很大的关系。

3.7.4原设计40cm砼厚度浇筑分块长度12m现浇筑厚度改变，长宽比等应力分布也有所改变。原12m块的长度对于90cm厚度的砼明显欠妥。实际检查中，也发现大多裂缝是产生在每块砼的中间部位，这也说明了，砼厚度改变后，浇筑段的长度比不适当，与裂缝产生也有一定关系。

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